基于Actel FPGA的公交智能语音报站系统

ＵＡＲＴ等），还需要一些存储器和存储器接口，使用Ａｃｔｅｌ Ｆｕ— ｓｉｏｎ系列器件中内嵌的ＲＡＭ块和Ｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ内存块就可 以在ＦＰＧＡ内部搭建一个完整的８０５ １单片机。在这个基础上 就可以方便的使用Ｃ语言编写控制程序进行系统控制。温度测 量模块、键盘模块、显示模块、语音模块均是直接与８０５１ＩＰ核 的Ｉ／Ｏ口相连，由５ｌ核直接控制；湿度测量模块经ＦＰＧＡ内部 的ＡＤＣ模块后接单片机的Ｉ／Ｏ口。乘客流量测量模块经ＦＰ— ＧＡ内部的计数器模块后接单片机的Ｉ／０口。
【摘 要】 采用ＡｃｔｅＩ系列ＦＰＧＡ ＦｕｓｉｏｎＡＦＳ６００内部定制的５１内核为基础，结合Ｊｚ８６３无线数传模块、ＷＴ５８８Ｄ语音
模块、ＬＣＤｌ２８６４显示模块等构成了一种新型的公交智能语音报站系统。该系统从提高公交报站系统服务质量、减少系统成本、充
分体现智能公交系统优越性等方面出发。解决了在中小城市及偏远郊区普及智能报站系统慢的问题。该系统具有成本低、实用性 强、可靠性高、稳定性好等特．芸。
平衡金属条、剪刀角连接件、橡胶行程按钮、柔性电路板、铝板， 以及固定其所需要的左右按键固定件及螺钉等构件。
图５是一种用于触摸板按键的剪刀式按键的结构。
参考文献 【１ｌ机械工程手册嫡委会缩．机械工程手册【Ｍ】．北京：机械工业出版社，
１９９５．
【２】冯辛安．机械制造装备设计【ＭｐＥ京：机械工业出版社．１９９９． ｐ】孙桓，陈作模．杌械原理【Ｍ】北京：高等教育出版社．２００３． 【４】成大先．机械设计手册【Ｍ】．ｊｂ京：化学工业出版社，２００４． 【５】鄣仁生，魏宣燕．机械设计基础【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００５．
程中无需任何人工操作，车辆行驶中车载报站系统自动识别站 点，能够及时、准确地进行电子语音报站和预报站，同时在液晶 显示屏上显示相应站点名称。兼容手动报站功能；公交车在距 离站台１００米左右时自动播报该站点名称。站台系统在即将到 站的车辆距站台１００米左右语音预报到站车辆编号，提醒乘客
６结语 本系统在ＦＰＧＡ内部成功嵌入５ｌ内核，并采用内部ＡＤ
（下转第５７页）
５３
万方数据
一◎
４结束语 为了满足各行各业和广大人民群众日益增长的新需求，就
需要创造出越来越多的新产品，除了以上所介绍的按键外，现 在在笔记本种触摸式按键也逐渐被广泛应用，但其原理主要是 依靠硬件来实现，与结构关系不大，故在这不做详细介绍了。
图４
３剪刀角式按键 剪刀角式按键结构类似与Ｋｅｙｂｏａｒｄ，主要由：键帽、按键
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1.期刊论文 史俊山.李锋.顾彦飞.SHI Jun-shan.LI Feng.GU Yan-fei 基于GPS的公交智能报站系统设计 -重庆工
学院学报（自然科学版）2009,23(8)
针对当前公交报站系统中存在的一些缺陷和不足,设计了基于全球卫星定位技术的新型公交智能报站系统.运用片上系统(SoC)的设计思想,采用可内 嵌IP软核的FPGA芯片,以内嵌的Core8051软核作为系统微控制器,利用FPGA片上逻辑和存储资源设计系统外围模块.完成具备进出站播报,超速报警,转弯提 示,当前时间、温度及速度的实时显示,线路切换等功能的报站系统设计.
２系统方案设计 系统整体由ＦＰＧＡ车载系统和单片机站台系统两部分组
成。两者之间的数据通信由ＪＺ８６３微功率无线数传模块来完 成。车载系统通过按键可以调整时间、报站、预报站、播放语音 广告或音乐；ＬＣＤｌ２８６４用于显示温度、湿度、乘客流量、时间、 日期、报站模式、上下行状态、广告语等。站台系统通过语音提 醒乘客即将到站车次并用ＬＥＤ发光二极管模拟显示。
４．２站台系统程序流程图 如图６所示，站台系统Ｃ语言控制程序首先初始化单片机
的硬件，包括定时器、串口、中断等。接着等待接收车载系统发 出的入网请求信号，收到信号后，站台发送应答信号，并等待接 收包含公交车信息源自文库信号，如果收到，站台系统将立即读取公 交车信息，进行语音报站，同时通过ＬＥＤ指示相应的车号。之 后，站台系统将等待接收退网请求信号，接收到的话，返回退网
８９Ｓ５ｌ单片机的晶振为１２Ｍ。 通过串口连接无线数传模块进行数据收发，完成与车载系
统的通信功能。并控制语音模块进行语音模块播报即将到站车 次。 ３．３无线数传模块
ＪＺ８６３是～种微功率无线数传模块，用于短距离无线数据 传输。调制方式为ＦＳＫ；工作频率在ＩＳＭ频段；具有很高的抗 干扰能力；在视距情况下，当天线安装高度大于１．５米时，可靠 传输距离大于１００米ｆＢＥＲ＝１０—３／９６００ｂｐｓ）；数据的传输是透 明的，能适应任何标准或非标准的用户协议；具有多个信道，提 供１２００ｂｐｓ、２４００ｂｐｓ、４８００ｂｐｓ、９６００ｂｐｓ、１９２００ｂｐｓ等多种通 信波特率；智能数据控制，无需编制多余的程序，只要从接口收 ，发数据即可，提供标准的ＲＳ一２３２；同时内部有看门狗实时监 控。模块的相关通信参数可通过配有的上位机软件进行修改。
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图５车载系统程序流程图
圉４站台系统硬件原理图 ３．２站台系统硬件设计
如图４所示。站台系统主要是一个８９Ｓ５ｌ单片机控制系 统和语音模块电路组成。８９Ｓ５ １单片机控制系统包括：外部硬 件复位电路，串１２１（母头，通过ＭＡＸ２３２进行电平转换），ＰＯ口 高三位接ＬＥＤ（低电平有效，用于模拟识别到站车号），ＩＳＰ下 载接口（方便更改系统固件），ＤＣ５Ｖ电源由外部提供。为了能 与ＦＰＧＡ里的５１内核时钟匹配，产生的波特率一致，所以
Ａｅｔｅｌ ＦＰＧＡ的Ｆｕｓｉｏｎ系列具有单芯片、模数混合等特 点。该系列ＡＦＳ６００芯片内部有６０万可编程的逻辑门。具有 ４Ｍｂｉｔ用户可用的Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ、１ｋｂｉｔ的ＦｌａｓｈＲＯＭ、１０８ｋｂｉｔ 的ＲＡＭ；２个ＰＬＬ，最高频率可达３５０ＭＨｚ；支持多种Ｉ／Ｏ电平 标准；具有ＡＥＳ、ＦｌａｓｈＬｏｃｋ加密技术；集成了独特的模拟部 分—ＡＤ。分辨率高达１２位、最大采样率为６００ｋｂｐｓ、３０个模拟 输入１２１、１０个模拟输出口；可实现电压、温度、电流检测【ｎ。
第第４期磊（：总磊第４月１３７期期））
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基于Ａ Ｃ ｔ ｅ ｌ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的公交智能语音报站系统
韦庆进１’２
（１．湖北工业大学计算机学院，湖北武汉４３００６４；２．河池学院物理与电子工程系，广西宜州５４６３００）
采样和数字模块，最大化的单芯片实现片上系统，大大节约了 ＦＰＧＡ芯片外部的芯片和电路设计，从而节约了成本。在相同 工作频率下。Ｃｏｒｅ８０５１ ＩＰ核的指令系统与普通的５１单片机完 全兼容，但运行速度比普通的５１单片机快８倍。在功能上，实 现智能报站的基础上，增加了广告功能；每个站点使用唯一的 识别码，从而有效避免报错站或不报站的现象，也排除了节点 之间的干扰。使得系统更加稳定、高效。系统在实现自动报站等 诸多功能的前提下，具有低成本的优势，有较好的推广价值。
【关键词】 ＦＰＧＡ；报站系统；５１内核；Ｊｚ８６３ 【中图分类号】ＴＰ２７３．５；ＴＮ９１２．３ 【文献标识码】Ａ
【文章编号】 １００３—２６７３（２０１０）０４—５２—０２
１ 引言 当前国内大多公交车采用的是人工报站，但由于受到各种
因素影响，会出现报错站，漏报站的情况，给不熟悉车辆行驶路 线的乘客带来了不必要的麻烦。在目前人们的对生活质量要求 不断提高的前提下，急需一种低成本、低功耗、智能化的公交报 站系统。ＦＰＧＡ作为数字系统设计中的主要芯片，已经得到了 较广泛的推广与应用。低功耗、低成本、较高的性价比使得基于 ＦＰＧＡ的公交报站系统能够在中小城市得到较好的普及，ＦＰ— ＧＡ车载系统能够实现公交报站智能化，使司机能集中精力驾 车，减少疲劳，提高交通安全系数；站台系统使等车的乘客及时 准备好上车，提高交通运营的效率。本文主要讨论基于Ａｃｔｅｌ ＦＰＧＡ的公交智能语音报站系统的设计与实现。
【作者简介】韦庆进（１９７４一）。男，广西都安人，硕士研究生，研究方向：电路系统设计与计算机应用。 ５２
万方数据
该系统设计是使用Ａｃｔｅｌ公司提供的Ｃｏｒｅ８０５ １定制一个 ５１内核作为控制核心。在ＦＰＧＡ内部为５ｌ核定制２５６Ｂ的 ＲＡＭ和６４Ｋ的ＲＯＭ作为Ｃｏｒｅ８０５１内核的数据和程序存储 器。其输入时钟为ＰＬＬ经４８ＭＨｚ分频产生的１２ＭＨｚ时钟信 号。另外，在ＦＰＧＡ内部还定制了ＡＤＣ模块（测量湿度）、计数 器模块（测量乘客流量）等，外挂在Ｃｏｒｅ８０５１单片机内核外，测 量外部模拟信号，供Ｃｏｒｅ８０５ １内核处理。系统模块顶层原理 图所如图３示。
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
韦庆进 湖北工业大学计算机学院,湖北,武汉,430064;河池学院物理与电子工程系,广西,宜州 ,546300
广西轻工业 GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY 2010，26(4) 0次
参考文献(2条) 1.用立功 Actel FPGA原理与应用--基于Fusion系列 2007 2.周立功 Actel FPGA实验教程--基于Fusion StartKit开发板 2007
图５
（上接第５３页） 允许信号，同时灭掉ＬＥＤ指示灯。
做好乘车准备。同时，距离较近的上下行站点和公交车之间无 相互干扰。上下行的公交车能够智能识别出对应的下行站点； 并提前预报。在站点预报完后，系统自动播报语音广告。
图６站台系统程序流程图
５系统测试及结果 通过室外模拟了２辆车经过３个站点的到站过程。测试过
如图２示，无线数传模块与８０５１ ＩＰ内核通过串口进行数 据传输。站台系统由ＡＴ８９Ｓ５ｌ单片机、无线数传模块、语音模 块、ＬＥＤ显示模块组成。无线数传模块与单片机通过串口进行 数据传输，进行与车载系统的通信。语音模块与ＬＥＤ显示模块 均由８９Ｃ５ ｌ单片机直接控制进行到站车次预报。
３硬件设计 ３．１车载系统硬件设计
图３系统模块顶层原理图
４软件设计 ４．１车载系统程序流程图
如图５所示，车载系统Ｃ语言控制程序首先初始化系统的 一些硬件。包括单片机的定时器、串口、中断等，初始化成功后， 等待一段时间后，开始定时１秒发送入网请求信号，同时，开启 串口中断，等待接收站台返回的应答信号。当接收到正确的应 答信号后，系统首先发送车载系统的应答信号，然后读取应答 信号的信息，再进行语音报站，同时在液晶屏上显示报站信息。 在站台停留一段时间后（在实际应用中可以设置为２—３分钟， 模拟测试时，设置为１０秒），车载系统发出退网请求信号，当接 受到站台发出的退网允许信号后，车载系统开始预报下一站， 同时在ＬＣＤｌ２８６４显示屏上显示相关信息。
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图１车栽系统功能框图
图２台系统功能框图 在ＦＰＧＡ内部定制Ｃｏｒｅ ８０５１内核、ＲＯＭ模块、ＲＡＭ模 块、ＰＬＬ模块、ＡＤＣ模块、计数器模块等。从而大大减少了繁琐 的外围硬件电路的设计，充分利用了ＡＦＳ６００芯片的资源。内 核采用了Ａｃｔｅｌ公司提供的Ｃｏｒｅ８０５１内核网表文件，由于该 网表文件只有其控制部分（ＣＰＵ）及简单的外设（ｉ／ｏ、定时器、
系统设计方案图１所示，车载系统包括嵌入５１内核的 ＦＰＧＡ、ＪＺ８６３微功率无线数传模块、ＷＴ５８８Ｄ一１６Ｐ语音模块、 带字库的ＬＣＤｌ２８６４液晶模块、ＤＳｌ８８２０温度测量模块、 ＨＭｌ５００湿度测量模块、激光测量乘客流量模块、４个独立按 键的键盘模块。
ＡｏｔｏＩ ＦＰＧＡ
｛斟回二：５：１彳内——棱一一一
参考文献 ｆｌ】周立功．Ａｃｔｃｌ ＦＰＧＡ实验教程—一基于Ｆｕｓｉｏｎ ＳｔａｒｔＫｉｔ开发板【Ｍ１． 广州：广州致远电子有限公司．２００７．
【２ｌ周立功Ａｃｔｅｌ ＦＰＧＡ原理与应用—堪于Ｆｕｓｉｏｎ系列【Ｍ】·广州：广
州致选电子有限公司，２００７·
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万方数据
基于Actel FPGA的公交智能语音报站系统